CN115927807B - 一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样及测试方法 - Google Patents

一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热处理领域，具体涉及一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样及测试方法，包括呈长方体的基板，基板的表面开设有淬火缺口，所述基板的材料为无偏析的GCr15；其中，该试样的制备方法包括：将基板球化退火后，在基板的表面开设淬火缺口，然后去应力退火，得试样。通过实施本方案，以精确的评价淬火油对轴承钢淬火时应力大小的影响。

Description

一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样及测试方法
技术领域
本发明涉及热处理领域，具体涉及一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样及测试方法。
背景技术
轴承是用于支撑机械旋转体以降低其运动过程中摩擦系数的重要机械零部件，因此对于轴承的机械性能要求较高，尤其对于用于特殊环境下的轴承其机械性能要求更高。轴承钢的淬火工艺是其热处理工艺中非常重要的一个环节，其目的是改变金属内部金相组织提升金属材质的机械性能。
为了获得理想的机械性能，工作人员需要选择合适的淬火油，不同品质的淬火油对淬火后的轴承钢的组织应力影响较大，其中轴承钢淬火后的残余应力大小对轴承使用寿命影响较大，当表面出现拉应力时随着拉应力的增加，轴承疲劳寿命逐渐下降，当应力达到一定程度时将引起材料变形，如果应力再大，将产生淬火裂纹。
目前由于评价淬火油的指标主要是冷却特性曲线，而冷却特性曲线并不能直接反映淬火应力大小，故需要有一种方法对轴承热处理过程中的裂纹敏感性、淬硬性的影响进行更直观的评估。
发明内容
本发明意在提供一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样及测试方法，以更直观的评价淬火油对轴承热处理过程中的裂纹敏感性、淬硬性的影响。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：包括呈长方体的基板，基板的表面开设有淬火缺口，所述基板的材料为无偏析的GCr15；
本方案的原理及优点是：为了更直观的评价淬火油对轴承热处理后的影响，本申请特设计了一种专用试样，在该试样的表面开设淬火缺口，通过该淬火缺口，在淬火的过程中将在淬火缺口处形成应力集中，多次淬火后应力逐渐增加，加速在缺口处形成微裂纹，并逐步扩展成宏观裂纹，如此有利于通过裂纹的情况来评价淬火油对轴承钢淬火后残余应力大小(裂纹敏感性)的影响。
优选的，作为一种改进，该试样采用如下制备方法制得：将基板球化退火后，在基板的表面开设淬火缺口，然后去应力退火，得试样。
采用本制备方法制得的试样，可以最大限度的排除原材料偏析、组织、残余应力对变形的影响，以确保所测试样变形影响因素均源自于淬火油。
优选的，作为一种改进，所述基板的淬火缺口沿基板的宽度或厚度方向贯穿基板。
优选的，作为一种改进，所述淬火缺口呈三角形。
优选的，作为一种改进，所述淬火缺口的夹角为15°。
优选的，作为一种改进，所述基板的厚度为18mm-22mm。
一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样的使用方法，包括以下步骤：
S1、选择一淬火油，并将其加热到80℃；
S2、将权利要求1-5中任一试样加热至800℃-880℃并保温；
S3、再将保温好后的试样竖直淬入淬火油中5-10分钟后取出冷却至常温；
S4、观察试样的淬火缺口处是否出现裂纹，如果未出现则重复S3步骤，直至裂纹出现为止；
S5、测量并记录淬火缺口处首次出现裂纹的淬火次数，以及试样首次淬火后不同位置的硬度，并根据记录的数据来判断淬火油对轴承的裂纹敏感性及淬硬性影响。
本方案中，通过采用特定的试样及特定的测试方法，对淬火后试样的硬度分布情况，来评价淬火油的冷却特性是否能满足到最大轴承套圈壁厚尺寸的淬硬性要求；通过测量试样淬火后首次出现裂纹的淬火次数，来评估淬火油对轴承套圈淬火时的表面应力大小(裂纹敏感性)的影响。
因此相较于传统的测试方法(需要经验非常丰富的工程师通过对淬火油的冷却特性曲线进行分析才能大概评估出淬火油对轴承的淬火影响)，本方案更直观的就能评估淬火油对轴承的淬火影响，极大程度降低了淬火工作人员的技能要求-分析淬火油对轴承淬火影响的技能要求。
优选的，作为一种改进，所述保温的时间为10min-15min。该保温时间最理想，如果保温时间过长会出现应力去除的现象，裂纹无法体现，时间过短试样的中心温度无法达到。
优选的，作为一种改进，在S5中，测量试样不同位置的淬火硬度时，沿试样宽度方向每隔2mm距离进行测量。
附图说明
图1为本发明试样的结构示意图；
图2为A淬火油的冷却特性曲线；
图3为B淬火油的冷却特性曲线；
图4为C淬火油的冷却特性曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：基板1、淬火缺口2。
实施例基本如附图1所示：一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样，包括呈长方体的基板1，基板1的一表面开设有淬火缺口2，基板1的材料为无偏析的GCr15；
其中，基板的长宽比大于2:1；本实施例中，优选基板1的长度为80mm，宽度为20mm，厚度为20mm，该尺寸为理想的裂纹风险尺寸，过小会因为没有应力差而不容易出现裂纹，过大则会因为无法淬透而同样导致不容易出现裂纹。
基板1上的淬火缺口2沿基板的宽度或厚度方向贯穿基板1。该淬火缺口2横截面的形状可为方形、弧形、三角形，本实施例中优选三角形，三角形的淬火缺口2更有利于在淬火过程中应力集中于此，从而加速裂纹的显现。三角形的淬火缺口2的夹角为5°-30°，本实施例优选15°，该夹角的淬火缺口2能进一步将应力放大。
该试样的制备方法包括：将基板1球化退火后，沿基板1的壁厚方向竖直开设两条贯穿的淬火缺口2，然后去应力退火，得试样。
裂纹敏感性、淬硬性测试方法：
S1、选择一淬火油，并将其加热到80℃；
S2、将试样加热至850℃并保温10min；
S3、再将保温好后的试样竖直淬入淬火油中5-10分钟后取出冷却至常温；
S4、观察试样的淬火缺口处是否出现裂纹，如果未出现则重复S3步骤，直至裂纹出现为止；
S5、测量并记录淬火缺口处首次出现裂纹的淬火次数及裂纹的尺寸，以及试样首次淬火后不同位置的淬火硬度，具体为沿试样宽度方向每隔2mm距离进行测量。并根据记录的数据来判断淬火油对轴承的裂纹敏感性及淬硬性影响，当试样首次出现裂纹的淬火次数小于3次，则判定该淬火油对轴承裂纹敏感性影响较大。当10mm的硬度值小于58，则判定为该淬火油不能达到本轴承的淬硬性要求。
本方案中将试样竖直淬入淬火油中以避免试样因重力变形而对淬火油因素的变形造成干扰，同时避免因试样横断面冷却均匀性而导致的变形而对淬火油因素的变形造成干扰。
实验
1、实验方法：
准备三种不同规格的淬火油并分别命名为A、B、C。
1)用传统方式检测
按照国标GB/T 30823-2014方法测定A、B、C三种淬火油的冷却特性曲线，具体如附图2-图4，其中：
图2对应A淬火油的冷却特性曲线；
图3对应B淬火油的冷却特性曲线；
图4对应C淬火油的冷却特性曲线。
2)使用本方案方法检测
使用本测试方法对A、B、C三种淬火油对试样的裂纹敏感性、淬硬性的影响进行测定，并记录试样的淬火缺口中首次出现裂纹的淬火次数(如表1)。
油品类型 油温 第几次出现裂纹
A 80℃ 2
A 80℃ 2
A 80℃ 2
B 80℃ 6
B 80℃ 6
B 80℃ 7
C 80℃ 10
C 80℃ 10
C 80℃ 10
C 80℃ 10
表1
将第一次淬火后的试样磨光两平面后检测硬度，测量试样宽度方向上不同位置的硬度(如表2)：
表2
2、三种淬火油对实际生产时轴承裂纹、硬度的测试
1)测试方法：
将同批次三组，每组100个待淬火的轴承套圈(轴承套圈均为标准的圆)，分别放入A、B、C三种淬火油中进行淬火，在将轴承套圈放入淬火油中时需注意，同组中的多个轴承套圈并排下放，且轴承套圈的轴线应垂直于淬火油水平面。
2)记录各组轴承套圈的裂纹情况，其中裂纹率是指每组(100个)中出现裂纹的轴承套圈占比。
表3
3)硬度情况
每组淬火后的轴承套圈中随机抽检3件，检测其硬度值并记录。
油品类型 硬度(HRC) 是否合格
A 56.9 否
A 57.1 否
A 56.9 否
B 57.3 否
B 57.0 否
B 57.1 否
C 62.5 是
C 62.3 是
C 62.5 是
表4
3、分析总结：
从表3的数据中可看出，A淬火油对于轴承套圈在淬火后表面应力(裂纹敏感性)的影响较大，轴承套圈的报废率(裂纹率)较高；从表4中的数据可看出，A、B淬火油淬火后的轴承套圈硬度不足，但是从图2、图3、图4中由传统方法测得的A、B、C三种淬火油的冷却特性曲线却几乎相同，淬火工作人员很难从图2、3、4中分析出三种淬火油对轴承套圈淬火后表面应力的影响情况。
而通过本方法测得A、B、C三种淬火油对试样的影响数据(表1、表2)，就可以很直观的看出A、B、C三种淬火油分别对轴承套圈的淬火影响情况，表1中，淬火3次以下出现裂纹的是A淬火油，因此可判定为A淬火油对试样淬火后的表面应力影响较大，出现裂纹的风险较高；表2中，淬火后试样的淬火硬度小于58的是A、B淬火油，因此可判定为A、B淬火油的不建议作为本产品的淬火介质；或者需要工作人员根据表1、2中对应的数据来对淬火油的配方、搅拌速度等进行精细化的调整，以满足本产品的淬火要求。而C淬火油的淬火次数远大于3次以上才出现裂纹，且淬火硬度大于58，则可判定其裂纹风险性较小、淬硬性好，建议使用。
因此相较于传统的测试方法，本方案极大程度降低了淬火工作人员的技能要求-分析淬火油对轴承淬火影响的技能要求。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、选择一淬火油，并将其加热到80℃；
S2、将轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样加热至800℃-880℃并保温10min-15min；
S3、再将保温好后的试样竖直淬入淬火油中5-10分钟后取出冷却至常温；
S4、观察试样的淬火缺口处是否出现裂纹，如果未出现则重复S3步骤，直至裂纹出现为止；
S5、测量并记录淬火缺口处首次出现裂纹的淬火次数，以及试样首次淬火后不同位置的淬火硬度，并根据记录的数据来判断淬火油对轴承的裂纹敏感性及淬硬性影响；
所述轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样包括呈长方体的基板，基板的表面开设有淬火缺口，所述基板的材料为无偏析的GCr15。
2.根据权利要求1所述的一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：在S5中，测量试样不同位置的淬火硬度时，沿试样宽度方向每隔2mm距离进行测量。
3.根据权利要求2所述的一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：所述轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试用试样采用如下制备方法制得：将基板球化退火后，在基板的表面开设淬火缺口，然后去应力退火，得试样。
4.根据权利要求3所述的一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：所述基板的淬火缺口沿基板的宽度或厚度方向贯穿基板。
5.根据权利要求4所述的一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：所述淬火缺口呈三角形。
6.根据权利要求5所述的一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：所述淬火缺口的夹角为15°。
7.根据权利要求6所述的一种轴承热处理裂纹敏感性、淬硬性测试方法，其特征在于：所述基板的厚度为18mm-22mm。
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